Повышение качественных характеристик пальца сенокосилки путем термохимической обработки

Естественные горные сенокосы каменистые, имеют шероховатые поверх­нос­ти и часто покрыты кустарниками. Во время работы сенокосилок происходит боль­шое количество отказов, которые резко уменьшают надежность их эксплуата­ции, производительность, а также увеличивают эксплуатационные затраты. И поэтому в Национальном аграрном университете Армении проводятся работы в направлении повышения надежности эксплуатации сеноуборочных машин [2, 6 и др.].

В сенокосилках из восстанавливающих деталей большинство отказов наблю­даются у пальцев. В основном они ломаются. С нашей стороны ведутся работы в направлении повышения долговечности пальцев.

Палец сенокосилки изготавливается литейным способом из чугуна (КЧ 35-10, ГОСТ-1215-79) и из стали (серии 35L, ГОСТ-977-75) [4]. Стальные пальцы более прочные и долговечные, чем чугунные. Однако в естественных сенокосах они также не удовлетворяют эксплуатационным требованиям. Поэтому наши исследования посвящены повышению долговечности стальных пальцев в этих условиях.

Во время эксплуатации пальцы ломаются в месте крепления и заме­няются на новые. Частая поломка пальцев объясняется тем, что при работе сенокосилки на естественных сенокосах, они часто ударяются о камни и выходят из строя (рис. 1). Частая поломка пальцев, изготовленных литейным способом объясняется тем, что металл, из которого он изготавливается имеет большую хрупкость и малую пластич­ность.

Рисунок 1. Пальцы сенокосилки (сломанные и не сломанные). В середине показан образец, изготовленный литьем стали 35 L, который используется при исследовании процессов термохимической обработки

По техническим данным [5] металл серии 35L проходит термическую обработку – закалка производится при температуре 850˚C, а для получения доста­точ­­ной пластичности произво­дится отпуск при температуре 650˚C. Однако не всегда удается сохранять вышесказанные термические режимы обработки, посколь­ку пальцы имеют высокую твердость (HB 250-300, вместо HB 150-200). Это также является следствием несоблюдения режимов отлива (охлаждение производится раньше, чем это нужно) в следствии чего получается высокая хрупкость металла и низкая пластичность. В следствии увеличения твердости пальцы приобретают высокую хрупкость, и ударяясь о камни, ломаются.

В направлении повышения качественных характеристик пальца сенокосилки считаем целесообразным применить современные передо­вые технологии температурной обработки стали с дальнейшим ее покрытием тугоплавкими металлами, которые обеспечивают высокую эффективность и качество [1, 7, 8].

При использовании подобных технологий будет возможно регулиро­вание режимов термической обра­бот­ки, особенно процесс медленного охлаждения после покрытия рением, что приводит к уменьшению внутрен­них напряжений, обеспе­чивает достаточную пластичность, увеличивает трещиностойкость, тем самым уменьшая ломкость пальцев.

В результате научно-исследовательской работы были обоснованы высокая прочность, стойкость, коррозиеустойчивость, износостойкость при покрытии внешних поверхностей деталей и инструментов диффузионным износостоиким покрытием тугоплавкими металлами [1, 3, 5, 7, 8]. Была также поставлена задача проделать те же работы и в отношении пальца сено­косилки, получить на ней износостойкие слои и металлические покрытия путем термохимической обработки. И в то же время выявить новые пути увеличения прочности.

Новейшим методом научно обоснованы технологические основы полу­че­ния износостойких поверхностей термодиффузионным путем покрытия рением и обеспечение долговечности пальцев, уменьшение их поломок, и увеличение коррозиеустойчи­вости и износостойкости.

Металл рений обладает наилучшими механическими, физическими и технологическими качествами. Имеет темно-серебристый цвет, плавится при высокой температуре-3180˚C и кипит при температуре 5600˚C.

Рений имеет высокую прочность, твердость, износостойкость, пластич­ность, коррозиеустойчи­вость, электропроводность [3, 8].

Рений получают также и в Армении на металлургических предприятиях-” Армениан Молибден Продакшн” и” Макур Еркат”.

Предусмотрено автоматизировать и компьютеризировать регулирование технологических операций термохимической обработки пальца сенокосилки, для чего проделана определенная работа.

Проводились сравнения результатов работ, проводимых в разных средах по термодиффузионной обработке и получения износоустойчивых поверхностей на инструментах с качественными характеристиками пальцев сенокосилки, покрытых рением.

В ходе исследований было обнаружено, что кроме хорошей поломкоустойчивости деталей, рений обладает также высокой сопротивляемостью разным кислотам и влажности.

Для работ покрытия рением и металлографических исследований были разработаны 6 пальцев, а также взят образец из того же состава, который обеспе­чивает получение более точных данных.

Разработана технология термодиффузионной обработки пальцев сеноко­силки раствором соли рения (NH₄ReO₄), для чего и были ранее выбраны пальцы, с которых было удалено масленное покрытие и произведены все необходимые операции для дальнейшего использования, а именно – очище­ние, сушка и проверка. Масляное покрытие было снято с помощью электролиза химических и органических растворов. После этого пальцы были очищены от растворов чистой водой. Обсушивание проводилось на воздухе или в муфлоновой печи при низкой температуре T=50-60⁰ C, а в конце были произведены осмотр и тщательная проверка.

На рис. 2 показана технологическая цепочка оборудований, выбранных для термодиффузионной обработки пальца косилки тугоплавкими металла­ми. Покры­тие рением пальцев проводится в водородной среде и в солях рения–перрената аммония при температуре 1000⁰C. В результате такой обра­бот­ки пальцы покры­ваются 10-15 мкм поверхностным и 50-75 мкм диффу­зионным износо­стойкими слоями, которые также способствуют увеличению прочности изделий.

Был выбран образец для испытаний и произведено металлографическое исследование. Образец показан на рис. 3б. На поверхности данного образца отсутствуют микротрещины и другие недостатки (отверстия, скопления боль­шого количества свободного графита, неровное распределение различных фаз и т.д.). На рис. 3б показан отполированный образец после того прошел процесс обработки покрытием рения. Покрытие рением было произведено вышеизложенной технологией, т.е. в водородной среде при температуре 800⁰C в течении одного часа.

В результате рентгеновского исследования поверхности пальца, покры­того рением выявлены новые фазы, в том числе и Re₃W, Re₃WC, Re, Co₆W₆C, Co₇W₆ и интерметалоиды- SiO₂, CCо₂W₄, Cо₃W, WC, Cо₆W₆C, которые способ­ствуют увели­чению качественных характеристик пальца сенокосилки, в том числе получению достаточной прочности, пластичности и твердости.

Выявление данных о коррозиоустойчивости и безотказности работы пальца сенокосилки было произведено с помощью механических испытаний, а этот метод дает возможность выявить общие характеристики образцов покрытых рением, связанные с разными режимами и методами.

Рисунок 2. Технологическая цепочка устройств и оборудований для термо­диф­фу­зионной обработки тугоплавкими металлами пальцев косилки:

1-выбор пальцев сенокосилки, 2-удаление масляного слоя, чистка, сушка и проверка, 3-погружение пальцев в водный раствор перрената аммония, 4-сушка пальцев в электри­ческой печи T=90-100˚C, t=60 мин., 5-согревание в водородной среде с последующим покрытием рением, 6-температурный график термохимической обработки а) зона согре­вания, б) зона покрытия рением, в) зона охлаждения, 7- закаливание пальцев T= 90-95˚C, t=60 мин, 8-поверхность покрытого рением пальца, 9-(9-1, 9-2, 9-3, 9-4) рисунки инструментов с рениемным покрытием (фрезы, резаки, ролики, палец сенокосилки, вальца).

                                                 а)                                           б)                                             в)

Рисунок 3. а) палец сенокосилки, изготовленный из стали серии 35L, б) структура поверхности пальца до покрытия рением, в) структура поверхности пальца после покрытия рением (увеличено в 200 раз)

В ходе научных экспериментов выявлено, что технологический процесс по­кры­тия рением стальных поверхностей – это новейшее достижение с точки зрения увели­че­ния их качественных характеристик. Он в корне отличается от традицион­ных методов термодиффузионной обработки инструментов, применяемых в настоящее время.

В результате проделанных научно-экспериментальных данных стало ясно, что закрепление рением поверхностного слоя имеет большое значение и дает возмож­ность выявить новые сферы деятельности, а также увеличить коррозио­устой­чивость, долговечность работы, износостойкость и надеж­ность ответственных инструментов и деталей.